JP2008109184A - 増幅器の電源電圧制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器の歪み特性を満たしつつ消費電力が最小となるように増幅器の電源電圧を制御する応答性の良好な電源電圧制御方法および装置を提供する。
【解決手段】基準となる信号条件で各送信電力値に対応した増幅器１４の電源電圧設定値を格納したテーブル１０６を用意する。送信電力指定部１０１は送信電力値Ｐ_Tを指定し、またバックオフ算出部１０３は、送信すべき信号の信号条件に従って、増幅器に必要なバックオフ値Ｐ_Bを算出する。これらを加算器１０４により加算し、加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を用いてテーブル１０６から加算値に対応する電源電圧を決定し、増幅器１４の電源電圧Ｖｃｃとして設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は増幅器の電源制御に係り、特にピークファクタが変化する信号を増幅する増幅器の電源電圧制御方法および装置に関する。

高速パケット伝送方式、たとえばＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）やＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）などを採用した移動体通信システムでは、１つのチャネルに複数のコードを多重させるマルチコードと呼ばれる技術が採用されている。このマルチコードの場合、多重数の増減に伴って送信電力のピークファクタ（平均電力に対するピーク電力の比）も変動するために、無線回路で使用されるパワーアンプなどの線形性の確保が問題となっている。

たとえば、多重数が少ない時のピークファクタを基準としてパワーアンプの電源電圧を設定すると、多重数の増大に伴ってピークファクタが増大した場合、パワーアンプの線形性が確保できなくなり、歪み特性が劣化してしまう。逆に、ピークファクタが変動しても歪み特性が確保されるように予めパワーアンプの電源電圧を高めに設定した場合には、ピークファクタが小さくなった時に消費電力が無駄になる。特にバッテリ駆動の移動局では消費電力の無駄は避けなければならない。このような無線回路の線形性の確保と消費電力との間のトレードオフに対して、種々の提案がなされている。

特開２００４−１２０２７１号公報（特許文献１）には、高出力増幅器の出力電力を監視し、この電力情報を元にバックオフ電力を決定し、決定されたバックオフ電力になるように高出力増幅器の出力を調整する無線送信機が開示されている（段落００１０、００１１、図１、図３）。

特開２００５−３１８２６６号公報（特許文献２）には、多重波数が増加する際、追加されるチャネルのゲインファクタ（振幅係数）に応じて送信電力増幅器のバイアス電圧を制御し、送信電力増幅器の線形性を最適化する送信電力制御方法が開示されている（段落００１５〜００１８、図２、図４）。

特開２００４−１２０２７１号公報（段落００１０、００１１、図１、図３） 特開２００５−３１８２６６号公報（段落００１５〜００１８、図２、図４）

特許文献１に記載された無線送信機は、現在出力している電力に基づいてバックオフ電力を決定するというフィードバック制御に基づいており、これから送信しようとする信号に対する高精度で応答性の良い電力制御を行うことができない。

特許文献２に記載された送信電力制御方法では、ピークファクタの変化量とゲインファクタとの間の相関を利用し、いわばフィードフォワード制御に基づいて送信電力を調整しようとするものである。しかしながら、ゲインファクタに応じたピークファクタの変化に対して、バイアス電圧の補正量Ｖ_mod_offsetを複数ステップで変更することにより対応するために、応答性の良い電力制御を行うことができない。

本発明の目的は、増幅器の歪み特性を満たしつつ消費電力が最小となるように増幅器の電源電圧を制御する応答性の良好な電源電圧制御方法および装置を提供することにある。

本発明によれば、送信すべき信号の信号条件から前記増幅器に必要なバックオフ値を指定し、与えられた送信電力値に指定されたバックオフ値を加算した補正後の送信電力値を用いて、予め定められた送信電力と増幅器に供給すべき電源電圧値との対応関係から前記補正後の送信電力値に対応する電源電圧を決定し、高周波送信信号を増幅する増幅器の電源電圧として設定する。

基準となる信号条件で各送信電力値に対応した増幅器の電源電圧設定値をたとえばテーブルとして用意しておく。基準となる信号とは、例えば信号の多重数が１つなど最もピークファクタが小さい信号とする。また、メモリの電源電圧設定値は、基準となる信号の各送信電力値において歪み特性を満たしつつ、消費電力が最小となるように最適化されているものとする。

基準信号を送信している状態では、送信電力に応じた増幅器の電源電圧設定値をテーブルから読み出し、ＤＣ−ＤＣコンバータに設定する。今、送信信号が基準信号から、ピークファクタの大きい信号へ変更されると、バックオフ算出部はあらかじめ次の信号に必要な増幅器のバックオフを計算しておき、電源電圧設定値は、次に出力しようとしている送信電力にバックオフ値を加算した値に対応するものをテーブルから選択し使用する。

本発明によれば、送信すべき信号の信号条件からバックオフ値を指定し、与えられた送信電力値に指定されたバックオフ値を加算した補正後の送信電力値を用いて増幅器の電源電圧を設定することで、ピークファクタがどのように変化しても増幅器の歪み特性劣化を抑えつつ、常に最適化された増幅器の電源電圧を設定することができる。特に、基準となる信号条件で各送信電力値に対応した増幅器の電源電圧設定値をテーブルに格納することで、テーブルは基準信号のものを１つ用意しておけばよく、回路規模の増大を抑制でき、また制御の複雑化を回避できる。

１．第１実施形態
１．１）装置構成
図１は本発明の第１実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。無線通信装置には、本実施形態による電源電圧制御やその他制御を実行するデジタルベースバンド処理部１０が設けられ、アナログベースバンド処理部１１との間で送受信データをやりとりする。送信データを入力したアナログベースバンド処理部１１は送信ＩＱ信号を直交変調器１２へ出力し、直交変調器１２は送信ＩＱ信号によりキャリアを直交変調する。直交変調器１２の出力はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３により不要周波数成分が除去され、パワーアンプ１４は最終的に必要な電力まで増幅して送信ＲＦ信号を基地局（図示せず。）へ送信する。

パワーアンプ１４には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５から電源電圧Ｖｃｃが供給されるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５はデジタルベースバンド処理部１０からの制御電圧Ｖ_CTRLに従って電源電圧Ｖｃｃを変化させることができる。デジタルベースバンド処理部１０はメモリ１６を用いて、後述するように、パワーアンプ１４の線形性を確保することで歪み特性を満たしつつ、その消費電力が最小となるように電源電圧Ｖｃｃを制御する。

１．２）電源電圧制御
本実施形態によるパワーアンプ１４の電源電圧制御は、デジタルベースバンド処理部１０により実行される。デジタルベースバンド処理部１０の機能は、バードウエアで実現することができるが、ＣＰＵ等のプログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより実現することもできる。

デジタルベースバンド処理部１０には、送信電力指定部１０１および信号条件指定部１０２が設けられ、基地局からの指令に応じて送信ＲＦ信号の信号条件が変更された場合、次に送信すべき信号の送信電力およびバックオフ算出に必要な信号情報をそれぞれ生成する。すなわち、送信電力指定部１０１は送信電力指定値Ｐ_Tを出力し、信号条件指定部１０２は、信号条件の変更に従って、次回送信する信号条件の情報をバックオフ算出部１０３へ出力する。

バックオフ算出部１０３は、信号条件指定部１０２から次回送信する信号条件の情報を受け取ると、それに基づいてパワーアンプ１４に必要なバックオフ値Ｐ_Bを算出する。パワーアンプのバックオフ値Ｐ_Bは、信号の多重数、各チャネルのパワー比、ＩＱ信号の構成などから決まるピークファクタをもとに求めることができる。たとえば、信号の多重数やチャネルパワー比の変化とバックオフ値Ｐ_Bの変化との間の対応を予めテーブル形式で格納しておいてもよい。

こうして得られた送信電力指定値Ｐ_Tとバックオフ値Ｐ_Bとが加算器１０４により加算され、その結果（Ｐ_T＋Ｐ_B）がパワーアンプ用の電源電圧制御部１０５へ出力される。電源電圧制御部１０５は、入力した加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を用いて、メモリ１６に格納された電源電圧制御テーブル１０６から対応する制御電圧Ｖ_CTRLを決定しＤＣ−ＤＣコンバータ１５へ出力する。メモリ１６は、たとえば不揮発性メモリである。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は制御電圧Ｖ_CTRLに対応した電源電圧Ｖｃｃをパワーアンプ１４へ供給する。この電源電圧Ｖｃｃは、上述したように、信号条件の変更に伴う送信電力指定値Ｐ_Tとバックオフ値Ｐ_Bとの変化量を考慮し、パワーアンプ１４の線形性を確保しつつ、その消費電力が最小となるように設定されたものである。

１．３）電源電圧制御テーブル
図２は本実施形態で使用される電源電圧制御テーブルの一例を示す図である。電源電圧制御テーブル１０６には、各送信電力に対応したＤＣ−ＤＣコンバータの制御電圧値Ｖ_CTRLがテーブル形式で格納されている。ただし、図中の第３列目のＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧値は参考として記載されたものであり実際には必要ない。

なお、電源電圧制御テーブル１０６は、基準となる信号条件で各送信電力値に対応した電源電圧設定値を格納するのが望ましい。基準となる信号条件とは、例えば信号の多重数が１つであるような最もピークファクタが小さくなる信号条件のことである。この基準となる信号条件において、各送信電力値において歪み特性を満たしつつ、消費電力が最小となるように電源電圧Ｖｃｃが最適化されている。

このような電源電圧制御テーブル１０６を用いて、電源電圧制御部１０５は、送信電力指定値Ｐ_Tとバックオフ値Ｐ_Bとの加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を「送信電力」として入力し、それに対応する制御電圧Ｖ_CTRLを電源電圧テーブル１０６から読み出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５の制御電圧として設定する。

例えば、送信電力指定値Ｐ_Tが＋２０ｄＢｍ、バックオフ値Ｐ_Bが＋５ｄＢならば、それらの加算値＋２５ｄＢｍを「送信電力」として電源電圧制御テーブル１０６をサーチし、その値に対応する制御電圧値Ｖ_CTRLとして０．７５ＶをＤＣ−ＤＣコンバータ１５へ出力する。制御電圧値Ｖ_CTRL＝０．７５Ｖを入力したＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、それに対応する電源電圧Ｖｃｃをパワーアンプ１４へ供給する。

１．４）動作例
現在、基地局からの指令に基づいて信号条件として最もピークファクタの小さいものが指定され、それに対応するバックオフ値Ｐ_Bと送信電力指定値Ｐ_Tとの加算値に従ってパワーアンプ１４の電源電圧Ｖｃｃが決定され、送信ＲＦ信号が電力増幅されているものとする。

この基準状態から信号条件の変更指令があると、まず信号条件指定部１０２はバックオフ算出部１０３へ更新された信号条件を通知する。バックオフ算出部１０３は通知された条件からパワーアンプ１４に必要なバックオフ値Ｐ_Bを即座に決定し加算器１０４へ出力する。

加算器１０４は、 バックオフ算出部１０３から出力されたバックオフ値Ｐ_Bと送信電力指定部１０１から出力された送信電力指定値Ｐ_Tとを加算し、その加算値を電源電圧制御部１０５へ出力する。電源電圧制御部１０５は、電源電圧制御テーブル１０６から加算値に対応する制御電圧値Ｖ_CTRLを読み出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５へ出力する。これにより更新された信号条件に合った電源電圧Ｖｃｃがパワーアンプ１４へ供給される。

一方、アナログベースバンド処理部１１でも信号条件が変更され、変更された送信ＩＱ信号が直交変調器１２へ出力し、変調されたキャリア信号がバンドパスフィルタ１３を通してパワーアンプ１４により電力増幅される。信号条件変更後のＲＦ信号がパワーアンプ１４に入力すると同時に、更新された信号条件に合った電源電圧ＶｃｃがＤＣ−ＤＣコンバータ１５からパワーアンプ１４へ供給される。これらのタイミングは、送信データおよび制御電圧Ｖ_CTRLの両方を出力するデジタルベースバンド処理部１０により合わせることができる。

こうしてパワーアンプ１４には、実際に送信するＲＦ信号の送信電力にバックオフを考慮した電源電圧Ｖｃｃが供給されることになるので、送信ＲＦ信号は歪み特性を満足し、また、低消費電力とすることができる。

２．第２実施形態
上述した第１実施形態では、パワーアンプ１４の電源電圧Ｖｃｃを制御することで消費電力の低減を考慮しつつパワーアンプ１４の線形性を確保したが、第２実施形態によれば、直交変調されたＲＦ信号を増幅するドライバアンプも同様に電源電圧制御を行うことで、さらに低消費電力化を可能にする。

図３は本発明の第２実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。なお、図１に示す第１実施形態の装置と同じ機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。図３において、直交変調器１２には、周知のようにＩ信号およびＱ信号に対してそれぞれ直交するキャリア信号を乗算する乗算器と、乗算後の変調されたキャリア信号を加算する加算器とが設けられ、さらに、この直交変調出力をドライバアンプ１０７により増幅する。このドライバアンプ１０７の電源電圧Ｖ_DCCは、デジタルベースバンド処理部１０の電源電圧制御部２０１の制御に従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２０３から供給される。

メモリ１６には、既に述べたパワーアンプ１４用の電源電圧制御テーブル１０６に加えて、ドライバアンプ１０７用の電源電圧制御テーブル２０２が格納されている。電源電圧制御テーブル２０２には、電源電圧制御テーブル１０６と同様に、基準となる信号条件における各送信電力に対応したＤＣ−ＤＣコンバータ２０３の制御電圧値Ｖ_CTRL-DAがテーブル形式で格納されている。この基準となる信号条件において、各送信電力値においてドライバアンプ１０７の歪み特性を満たしつつ、消費電力が最小となるように電源電圧Ｖ_DCCが最適化されている。

このような電源電圧制御テーブル１０６および２０２を用いて、電源電圧制御部１０５は、送信電力指定値Ｐ_Tとバックオフ値Ｐ_Bとの加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を「送信電力」として入力し、それに対応するパワーアンプ１４用の制御電圧Ｖ_CTRLとドライバアンプ１０７用の制御電圧値Ｖ_CTRL-DAとをそれぞれ読み出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５および２０３の制御電圧としてそれぞれ設定する。

３．第３実施形態
上述した第１実施形態では、バックオフ算出部１０３は、信号条件指定部１０２から次回送信する信号条件の情報を受け取ると、それに基づいてパワーアンプ１４に必要なバックオフ値Ｐ_Bを算出したが、第３実施形態によれば、パワーアンプ１４の温度特性および周波数特性を考慮することでバックオフ値Ｐ_Bの精度を更に向上させ、より低消費電力化を可能にする。

図４は本発明の第３実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。なお、図１に示す第１実施形態の装置と同じ機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。図４において、本実施形態におけるデジタルベースバンド処理部１０には温度・周波数補正値算出部３０１が更に設けられている。温度・周波数補正値算出部３０１は、パワーアンプ１４の温度特性および周波数特性を予めテーブルあるいは計算式の形式で保持しているが、これらのテーブルは不揮発性メモリ１６に格納されてもよい。

本実施形態では、パワーアンプ１４の温度を測定する温度センサ（図示せず。）が設けられている。温度・周波数補正値算出部３０１は、測定された温度と送信すべき信号の周波数とを入力し、格納された温度特性および周波数特性を用いてバックオフ補正値を算出し、それをバックオフ算出部１０３へ出力する。バックオフ算出部１０３は、上述したように信号条件に基づいてバックオフ値を算出するが、その算出されたバックオフ値をバックオフ補正値で補正し、その結果をバックオフ値Ｐ_Bとして加算器１０４へ出力する。このように、パワーアンプ１４の温度特性および周波数特性を考慮することでバックオフ値Ｐ_Bの精度を更に向上させ、消費電力を更に削減することができる。

４．第４実施形態
上述した第１〜第３実施形態における電源電圧制御部１０５あるいは２０１は、入力した加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を用いて、メモリ１６に格納された電源電圧制御テーブル１０６あるいは２０２から対応する制御電圧を決定しＤＣ−ＤＣコンバータ１５あるいは２０３へ出力したが、第４実施形態によれば、テーブルではなく計算式を用いて加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）からＤＣ−ＤＣコンバータの制御電圧を決定する。

図５は本発明の第４実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。なお、図１に示す第１実施形態の装置と同じ機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。図４において、本実施形態におけるデジタルベースバンド処理部１０にはパワーアンプ１４用の電源電圧制御部４０１が設けられ、制御電圧値Ｖ_CTRLが加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）の関数ｆとして定義されている。したがって、加算器１０４から加算値（Ｐ_T＋Ｐ_B）を入力すると、計算により即座に対応する制御電圧値Ｖ_CTRLをＤＣ−ＤＣコンバータ１５へ出力することができる。

本発明は送信電力のピークファクタが変動しうる送信器における送信電力増幅用のパワーアンプの電源電圧制御装置一般に適用可能であり、そのような送信器を有する移動端末などの無線通信装置に適用可能である。

本発明の第１実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。 本実施形態で使用される電源電圧制御テーブルの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。 本発明の第３実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。 本発明の第４実施形態による電源電圧制御装置を実装した無線通信装置の概略的ブロック図である。

符号の説明

１０ デジタルベースバンド処理部
１１ アナログベースバンド処理部
１２ 直交変調器
１３ バンドパスフィルタ
１４ パワーアンプ
１５ パワーアンプ用ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６ メモリ
１０１ 送信電力指定部
１０２ 信号条件指定部
１０３ バックオフ算出部
１０４ 加算器
１０５ パワーアンプ用電源電圧制御部
１０６ パワーアンプ用電源電圧制御テーブル
１０７ ドライバアンプ
２０１ パワーアンプ／ドライバアンプ用電源電圧制御部
２０２ ドライバアンプ用電源電圧制御テーブル
２０３ ドライバアンプ用ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０１ 温度・周波数補正値算出部
４０１ パワーアンプ用電源電圧制御部

Claims (14)

1. ピークファクタが変化しうる高周波送信信号を増幅する増幅器のための電源電圧制御装置において、
   予め定められた各送信電力と前記増幅器に供給すべき電源電圧値との対応関係を格納するメモリと、
   送信すべき信号の信号条件から前記増幅器に必要なバックオフ値を指定するバックオフ指定手段と、
   与えられた送信電力値に前記バックオフ値を加算した補正後の送信電力値を用いて前記メモリを参照し、前記補正後の送信電力に対応する電源電圧を前記増幅器へ設定する電源電圧設定手段と、
   を有することを特徴とする増幅器の電源電圧制御装置。
2. 前記信号条件は、前記高周波送信信号のピークファクタを変化させる条件であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
3. 前記対応関係はピークファクタが最小となる信号条件の時のものであることを特徴とする請求項１に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
4. 前記増幅器は送信電力増幅用のパワーアンプであることを特徴とする請求項１に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
5. 前記増幅器は前記パワーアンプより前段に設けられたドライバアンプであることを特徴とする請求項４に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
6. 前記電源電圧設定手段は、前記パワーアンプおよび前記ドライバアンプの双方の電源電圧を設定することを特徴とする請求項４に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
7. 前記増幅器の温度特性および周波数特性を利用してバックオフ補正値を算出する温度・周波数補正値生成手段を更に有し、
   前記バックオフ指定手段は、前記バックオフ補正値により前記バックオフ値を補正することを特徴とする請求項１に記載の増幅器の電源電圧制御装置。
8. ピークファクタが変化しうる高周波送信信号を増幅する増幅器のための電源電圧制御方法において、
   予め定められた各送信電力と前記増幅器に供給すべき電源電圧値との対応関係をメモリに格納し、
   送信すべき信号の信号条件から前記増幅器に必要なバックオフ値を指定し、
   与えられた送信電力値に前記バックオフ値を加算した補正後の送信電力値を用いて前記メモリに格納された対応関係から前記補正後の送信電力値に対応する電源電圧を前記増幅器へ供給する、
   ことを特徴とする増幅器の電源電圧制御方法。
9. 前記増幅器の温度特性および周波数特性を利用してバックオフ補正値を算出し、算出されたバックオフ補正値により前記バックオフ値を補正することを特徴とする請求項８に記載の増幅器の電源電圧制御方法。
10. ピークファクタが変化しうる高周波送信信号を増幅する増幅器のための電源電圧制御をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
    送信すべき信号の信号条件から前記増幅器に必要なバックオフ値を指定するステップと、
    与えられた送信電力値に前記バックオフ値を加算した補正後の送信電力値を用いて、予め定められた各送信電力と前記増幅器に供給すべき電源電圧値との対応関係から前記補正後の送信電力値に対応する電源電圧を前記増幅器へ供給するステップと、
    を有することを特徴とするプログラム。
11. 前記増幅器の温度特性および周波数特性を利用してバックオフ補正値を算出するステップを更に有し、算出されたバックオフ補正値により前記バックオフ値を補正することを特徴とする請求項１０に記載のプログラム。
12. 請求項１に記載の電源電圧制御装置を有する無線通信装置。
13. 請求項８に記載の電源電圧制御方法を実行するデジタルベースバンド処理部を有する無線通信装置。
14. 請求項１０に記載のプログラムを実行するプロセッサを有する無線通信装置。

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